2025高考物理复习光的干涉衍射偏振课件教案练习题

第十四章光学第2讲光的干涉、衍射、偏振课标要求1．观察光的干涉、衍射和偏振现象，了解这些现象产生的条件，知道其在生产生活中的应用，知道光是横波。2．通过实验，了解激光的特性，能举例说明激光技术在生产生活中的应用。考点一光的干涉现象考点二光的衍射、偏振考点三光的波动性与几何光学的综合内容索引课时测评考点一光的干涉现象1．光的干涉(1)定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现____条纹；某些区域相互减弱，出现____条纹，且加强区域和减弱区域相互______的现象。(2)条件：①两束光的频率______；②相位差______。知识梳理亮暗间隔相同恒定2．双缝干涉(1)图样特点①单色光照射时形成明暗相间的等间距的干涉条纹；②白光照射时，中央为______条纹，其余为______条纹。(2)条纹间距Δx公式：Δx＝____。λ为照射光的波长、d为双缝间距、l为屏到双缝间距离。3．薄膜干涉利用薄膜(如肥皂液薄膜)______表面反射的光相遇而形成的。图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应薄膜的厚度______。白色彩色前后相同(2023·江苏高考·改编)

用某种单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到的干涉条纹如图甲所示，改变双缝间的距离后，干涉条纹如图乙所示，图中虚线是亮纹中心的位置。判断下列说法的正误：(1)条纹间距Δx乙＝2Δx甲。 (

)(2)双缝间距d乙＝

d甲。 (

)(3)单缝到双缝间距变大，条纹间距变大。 (

)高考情境链接√√×1．双缝干涉(1)条纹间距公式：Δx＝

λ，对同一双缝干涉装置，光的波长越长，干涉条纹的间距越大。(2)明暗条纹的判断方法如图甲所示，相干光源S1、S2发出的光到屏上P′点的路程差为Δr＝r2－r1。当Δr＝nλ(n＝0，1，2，…)时，光屏上P′处出现明条纹。当Δr＝(2n＋1)(n＝0，1，2，…)时，光屏上P′处出现暗条纹。核心突破2．薄膜干涉(1)形成如图乙所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形。光照射到薄膜上时，在膜的前表面AA′和后表面BB′分别反射回来，形成两列频率相同的光波，并且叠加。(2)明暗条纹的判断①在P1、P2处，两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr等于波长的整数倍，即Δr＝nλ(n＝0，1，2，…)，薄膜上出现明条纹。②在Q处，两列反射回来的光波的路程差Δr等于半波长的奇数倍，即Δr＝(2n＋1)(n＝0，1，2，…)，薄膜上出现暗条纹。(3)薄膜干涉的应用：干涉法检查平面的平整程度如图丙所示，两板之间形成一楔形空气膜，用单色光从上向下照射，如果被检查平面是平整光滑的，我们会观察到平行且等间距的明暗相间的条纹；若被检查平面不平整，则干涉条纹发生弯曲。考向1双缝干涉

如图所示，某兴趣小组成员做双缝干涉实验，用某单色光照射单缝，在屏上P1处出现第2级亮条纹，仅改变双缝间距后，P1处出现第2级暗条纹，则改变后双缝间距是原来的A．

B．

C．

D．例1√设P、P1间的距离为x，根据双缝干涉条纹公式，P1处出现第2级亮条纹时有x＝2×λ，P1处出现第2级暗条纹时有x＝1.5×λ，则改变后双缝间距是原来的

故选B。对点练．(2022·浙江6月选考)关于双缝干涉实验，下列说法正确的是A．用复色光投射就看不到条纹B．明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果C．把光屏前移或后移，不能看到明暗相间条纹D．蓝光干涉条纹的间距比红光的大√用复色光投射到缝，在光屏上看到的是彩色条纹，故A错误；双缝干涉实验中，明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果，故B正确；由条纹间距Δx＝

λ知，把光屏前移或后移，改变了l，从而改变了条纹间距，但还可能看到明暗相间条纹，故C错误；

由条纹间距Δx＝

λ，且λ蓝＜λ红，则蓝光干涉条纹的间距比红光的小，故D错误。考向2薄膜干涉(2023·山东省大联考)如图所示，竖直放置的肥皂膜的照片，按拍摄时间先后顺序从左至右排列，可以看出干涉条纹间距随时间推移逐渐变化。下列说法正确的是A．过肥皂膜最高和最低点的截面是梯形B．肥皂膜上的条纹是前后两表面的反射光形成的干涉条纹C．肥皂膜从形成到破裂，前后两表面夹角逐渐变大D．将肥皂膜外金属环上端的把柄在纸面内顺时针转动90°，条纹也会跟着转动90°例2√肥皂膜因为自重导致厚度不一致，因表面张力的原因其截面应是一个圆滑的曲面而不是梯形，故A错误；薄膜干涉是等厚干涉，其原因为肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹，故B正确；形成条纹的原因是前后表面的反射光叠加出现了振动加强点和振动减弱点，肥皂膜从形成到破裂的过程越来越薄，前后两表面夹角逐渐变小，因此出现加强点和减弱点的位置发生了变化，条纹宽度和间距发生变化，故C错误；将肥皂膜外金属环上端的把柄向上转动90°，由于重力、表面张力和粘滞力等的作用，肥皂膜的形状和厚度会重新分布，因此并不会跟着旋转90°，故D错误。故选B。对点练1．(2023·山东高考)如图所示为一种干涉热膨胀仪原理图。G为标准石英环，C为待测柱形样品，C的上表面与上方标准平面石英板之间存在劈形空气层。用单色平行光垂直照射上方石英板，会形成干涉条纹。已知C的膨胀系数小于G的膨胀系数，当温度升高时，下列说法正确的是A．劈形空气层的厚度变大，条纹向左移动B．劈形空气层的厚度变小，条纹向左移动C．劈形空气层的厚度变大，条纹向右移动D．劈形空气层的厚度变小，条纹向右移动√当温度升高时，由于C的膨胀系数小于G的膨胀系数，所以标准平面石英板被顶起，劈形空气层的厚度变大，B、D错误；经待测柱形样品上表面反射后透过石英板的光线与直接经石英板下表面反射的光线的路程差变大，干涉条纹会提前出现，条纹向左移动，A正确，C错误。对点练2．(多选)(2023·浙江大学附中5月模拟)光的干涉现象在技术中有许多应用。如图甲是利用光的干涉检查某精密光学平面的平整度，下列说法正确的是A．图甲中上板是标准样板，下板是待检查的光学元件B．若换用频率更大的单色光，其他条件不变，则图乙中的干涉条纹变宽C．若出现图丙中弯曲的干涉条纹，说明被检查的平面在此处出现了凹陷D．用单色光垂直照射图丁中的牛顿环，得到的条纹是随离圆心的距离增加而逐渐变宽的同心圆环√√题图甲中，上板是标准样板，下板是待检测板，故A正确；设空气膜厚度为d，则出现亮条纹时需满足2d＝nλ。换用频率更大的单色光，则单色光波长变短，亮条纹左移，条纹变窄，故B错误；题图丙中，条纹向左弯曲，说明亮条纹提前出现，说明被检查的平面在此处出现了凹陷，故C正确；牛顿环中的空气厚度不是均匀变化的，空气膜厚度增加得越来越快，则亮条纹提前出现，得到的条纹是随离圆心的距离增加而逐渐变窄的，同心圆环间距不相等，故D错误。返回考点二光的衍射、偏振1．光的衍射发生明显衍射的条件：在障碍物的尺寸与光的波长__________，甚至比光的波长还____的时候，衍射现象十分明显。2．光的偏振(1)自然光：包含着在垂直于传播方向上沿__________振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。(2)偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个______的方向振动的光。知识梳理相差不多小一切方向特定(3)偏振光的形成

①让自然光通过________形成偏振光。②让自然光在两种介质的界面发生反射和______，反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光。(4)光的偏振现象说明光是一种____波。偏振片折射横自主训练1单缝衍射与双缝干涉的比较

(多选)(2022·山东高考)某同学采用图甲所示的实验装置研究光的干涉与衍射现象，狭缝S1、S2的宽度可调，狭缝到屏的距离为L。同一单色光垂直照射狭缝，实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示图样。下列描述正确的是A．图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射B．遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，其他条件不变，图丙中亮条纹宽度增大C．照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，图乙中相邻暗条纹的中心间距增大D．照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹√√√双缝干涉条纹是均匀的，所以题图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，同时也发生衍射，故A正确；狭缝越小，衍射范围越大，衍射条纹越宽，遮住一条狭缝，另一狭缝宽度增大，则衍射现象减弱，题图丙中亮条纹宽度减小，故B错误；根据条纹间距公式Δx＝

λ可知照射两条狭缝时，增加L，其他条件不变，题图乙中相邻暗条纹的中心间距增大，故C正确；照射两条狭缝时，若光从狭缝S1、S2到屏上P点的路程差为半波长的奇数倍，P点处一定是暗条纹，故D正确。自主训练2光的偏振(多选)利用旋光仪这种仪器可以测量糖溶液的浓度，从而测定含糖量。其原理是：偏振光通过糖的水溶液后，若迎着射来的光线看，偏振方向会以传播方向为轴线，旋转一个角度θ，这一角度称为“旋光角”，θ的值与糖溶液的浓度有关，将θ的测量值与标准值相比较，就能确定被测样品的含糖量。如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，然后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法中正确的是A．到达O处光的强度会明显减弱B．到达O处光的强度不会明显减弱C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光的强度最大，偏振片B转过的角度等于θD．将偏振片A转动一个角度，使得O处光的强度最大，偏振片A转过的角度等于θ√√√偏振光通过糖的水溶液后，若迎着射来的光线看，偏振方向会以传播方向为轴线，旋转一个角度θ，所以到达O处光的强度会明显减弱，故A正确，B错误；将偏振片B转动一个角度，使得O处光的强度最大，偏振片B转过的角度等于θ，故C正确；同理，将偏振片A转动一个角度，使得O处光的强度最大，偏振片A转过的角度等于θ，故D正确。1．对光的衍射的理解

(1)干涉和衍射是波的特征，波长越长，干涉和衍射现象越明显。在任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的差别。(2)衍射现象说明“光沿直线传播”只是一种特殊情况，只有在光的波长比障碍物小得多时，光才可以看成是沿直线传播的。归纳提升2．单缝衍射与双缝干涉的比较

单缝衍射双缝干涉不同点条纹宽度条纹宽度不等，中央最宽条纹宽度相等条纹间距各相邻条纹间距不等各相邻条纹等间距亮度情况中央条纹最亮，两边变暗条纹清晰，亮度基本相同相同点干涉、衍射都是波特有的现象，属于波的叠加；干涉、衍射都有明暗相间的条纹3．自然光与偏振光的比较光自然光(非偏振光)偏振光光的来源直接从光源发出的光自然光通过偏振片后的光光的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿任意方向，且沿各个方向光的振动强度相同在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿特定方向4．偏振光的应用：照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等。返回考点三光的波动性与几何光学的综合(2023·河北衡水统考)如图所示，a、b两束光以相同的入射角射入长方体形玻璃砖中，两束出射光在平行于玻璃砖的屏上形成M、N两个光斑，已知a光折射光线的侧移量大于b光折射光线的侧移量。下列说法正确的是A．在真空中，a光的波长更长B．在玻璃中，b光的速度更大C．若a、b两束光在屏上会聚于一点，可发生干涉现象D．若a、b两束光分别通过同一个狭缝，则a光形成的中央亮条纹更宽例3√由题意和题图可知，玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率，故a光的频率大于b光的频率，两束光会聚于一点，不可能发生干涉现象，又因为v＝

，可知在玻璃中，b光的速度更大，B正确，C错误；根据c＝λf可知，在真空中a光的波长较短，根据条纹间距公式Δx＝

λ可知，若a、b两束光分别通过同一个狭缝，则a光形成的中央亮条纹更窄，A、D错误。

故选B。对点练1．(多选)如图所示，从水中S点沿SO射出a、b两种单色光，只有a单色光射出水面。则下列说法正确的是A．a光在水中的速度大B．b光在水中的速度大C．用同一双缝干涉装置进行实验，可看到a光干涉条纹间距比b光的宽D．用同一双缝干涉装置进行实验，可看到b光干涉条纹间距比a光的宽由题意可知，b光在水中产生了全反射，所以a光的临界角大于b光，由sinC＝

可知，a光的折射率小于b光，由v＝

可知，a光在水中的速度大于b光，故A正确，B错误；a光的折射率小于b光，a光的波长大于b光的波长，由Δx＝

λ可知，a光干涉条纹间距比b光的宽，故C正确，D错误。√√对点练2．(2023·天津市南开区高三一模)如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC的复色光从空气射向AB边的中点D，入射方向与边AB的夹角为θ＝30°，经三棱镜折射后分为a、b两束单色光，单色光a偏折到BC边的中点E，单色光b偏折到F点，则下列说法正确的是A．a光的频率小于b光的频率B．棱镜对单色光b的折射率小于C．在棱镜中a光的传播速度大于b光的传播速度D．分别通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距大√由光路图可知，三棱镜对a光的折射率较大，则a光的频率大于b光的频率，故A错误；如图所示，a光在AB边的入射角为i＝60°，折射角为r＝30°，则三棱镜对a光的折射率为na

由于三棱镜对b光的折射率较小，故棱镜对单色光b的折射率小于

，故B正确；根据v＝

，由于三棱镜对a光的折射率较大，故在棱镜中a光的传播速度小于b光的传播速度，故C错误；a光的频率较大，波长较短，根据Δx＝

λ可知，分别通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距小，故D错误。返回课时测评1．如图所示，用频率为f的单色光(激光)垂直照射双缝，在光屏的P点出现第3条暗条纹，已知光速为c，则P到双缝S1、S2的距离之差|r1－r2|应为A．

B．

C．

D．√出现第3条暗条纹，说明S1、S2到P点距离之差为

(2n－1)＝

(2×3－1)＝

λ，而λ＝

，所以|r1－r2|＝

λ＝

，故D正确。2．(多选)(2024·福建四地市高三第一次质量检测)关于光的干涉、衍射，下列说法中正确的是A．光的干涉现象、衍射现象说明光具有波动性B．表示危险的信号灯选用红灯的一个重要原因是因为红光更容易发生干涉C．在太空空间站中用白光照射竖直水膜做光的干涉实验，能观察到彩色的干涉条纹D．在双缝干涉实验中，屏上出现了明暗相间的条纹，遮住一条缝后屏上仍有明暗相间的条纹√√光的干涉现象、衍射现象说明光具有波动性，故A正确；表示危险的信号灯选用红灯的一个重要原因是因为红光衍射现象更明显，故B错误；在太空空间站中，竖直水膜处于完全失重状态，各处的厚度相等，则不能观察到彩色的干涉条纹，故C错误；若遮住一个缝，则会发生单缝衍射现象，所以仍能出现明暗相间的条纹，故D正确。3．物理光学主要研究光的本性以及光与物质相互作用的规律。下列关于物理光学知识的理解正确的是A．泊松亮斑是光通过圆孔衍射时形成的B．光学镜头上的增透膜利用了光的干涉原理C．白光通过三棱镜后出现的彩色图样是光的衍射现象D．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以增加透射光的强度√泊松亮斑是光通过不透明的小圆盘发生衍射时形成的，故A错误；光学镜头上的增透膜利用了光的干涉原理，故B正确；白光通过三棱镜呈现彩色图样是光的色散现象，故C错误；在镜头前加装一个偏振片，阻碍玻璃反射光的透射，故D错误。4．某次光的衍射实验中，观察到如图所示的明暗相间的图样，则障碍物为A．很小的不透明圆板B．中间有较小圆孔的不透明挡板C．很大的不透明圆板D．中间有较大圆孔的不透明挡板√用光照射很小的不透明圆板时后面出现一亮点，即泊松亮斑，故A错误；用光照射中间有较小圆孔的不透明挡板时是明暗相间的衍射图样，故B正确；用光照射很大的不透明圆板时后面是一片阴影，故C错误；在做衍射实验中，如果不透明挡板中间的圆孔比较大时，不会发生衍射现象，或者衍射现象不明显，观察不到明暗相间的图样，故D错误。5．(2024·天津南开模拟)关于甲、乙、丙、丁四个实验，以下说法正确的是A．四个实验产生的条纹均为干涉条纹B．甲、乙两实验产生的条纹均为等距条纹C．丙实验中，产生的条纹间距越大，该光的频率越大D．丁实验中，适当减小单缝的宽度，中央条纹会变宽√甲、乙、丙实验产生的条纹均为光的干涉条纹，而丁实验是光的衍射条纹，故A错误；甲实验产生的条纹为等距条纹，而乙是牛顿环，空气薄层不均匀变化，则干涉条纹间距不相等，故B错误；根据干涉条纹间距公式Δx＝

λ，丙实验中，产生的条纹间距越大，则波长越长，频率越小，故C错误；丁实验中，产生的明暗条纹间距不相等，若减小单缝的宽度，中央条纹会变宽，故D正确。故选D。6．(2023·山东威海高三期末)增透膜是一种表面镀层，它利用光的干涉原理，减少反射光来增加光在表面的透过率。某同学的眼镜片镀有一层材料为氟化镁的增透膜，反射光呈现蓝紫色，已知绿光的频率为

5.45×1014Hz，在真空中的波速为3×108m/s，氟化镁对绿光的折射率为1.38，为增加绿光的透过率，该增透膜的最小厚度约为A．100nm

B．200nm

C．300nm

D．400nm√由于人眼对绿光最敏感，所以通常所用的光学仪器其镜头表面所涂的增透膜的厚度只使反射的绿光干涉相消，但薄膜的厚度不宜过大，只需使其厚度为绿光在膜中波长的

，使绿光在增透膜的前后两个表面上的反射光互相抵消。光从真空进入某种介质后，其波长会发生变化，若绿光在真空中波长为λ0，在增透膜中的波长为λ，由折射率与光速的光系和光速与波长及频率的关系得n＝

，得λ＝

，解得增透膜厚度d＝≈1×10－7m＝100nm，故选A。7．(多选)(2024·河南省大联考)登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损伤视力。设计师利用薄膜干涉的原理在眼镜的表面涂上“增反膜”，于是就设计出了一种能大大减小紫外线对眼睛伤害的眼镜。已知选用的“增反膜”材料的折射率为

，真空中的光速为c，紫外线在真空中的频率为f，下列说法正确的是A．紫外线进入“增反膜”后的频率为B．紫外线进入“增反膜”后的波长为C．从“增反膜”前后两个表面反射的光的路程差应等于紫外线在“增反膜”中波长的D．“增反膜”的厚度最好为紫外线在“增反膜”中波长的√√紫外线进入“增反膜”后频率不变，A错误；紫外线进入“增反膜”后的速度v＝

，结合波长、波速和频率的关系可知，紫外线进入“增反膜”后的波长λ＝

，B正确；为使从“增反膜”前后两个表面反射的光叠加后加强，两束反射光的路程差应等于紫外线在“增反膜”中波长的整数倍，C错误；两束反射光的路程差又等于“增反膜”厚度的两倍，同时为了节省材料，故“增反膜”的厚度最好为紫外线在“增反膜”中波长的

，D正确。故选BD。8．(2023·河南洛阳统考)如图所示，一细光束通过玻璃三棱镜折射后分成a、b、c三束单色光。关于这三束单色光，下列说法正确的是A．在同一均匀介质中，单色光c的波长最长B．单色光a在玻璃中的频率最大C．通过同一双缝产生的干涉条纹的间距，单色光a的最大D．单色光a从玻璃射向空气的全反射临界角最小√由题图可以看出，c光的偏折程度最大，a光的偏折程度最小，则c光的折射率最大，频率最大，在同一均匀介质中，单色光c的波长最短，a光的折射率最小，频率最小，在同一均匀介质中，波长最长，故A、B错误；由公式Δx＝

λ可知，由于单色光a的波长最长，则通过同一双缝产生的干涉条纹的间距，单色光a的最大，故C正确；根据题意，由公式sinC＝

可得，由于a光的折射率最小，则单色光a从玻璃射向空气的全反射临界角最大，故D错误。故选C。9．(多选)双缝干涉实验装置的截面图如图所示。光源S到S1、S2的距离相等，O点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光源S发出波长为λ的光，经S1、S2出射后直接传播到O点，在光屏上可观察到干涉条纹。现在S1处放置一厚度为10λ的玻璃片，经S1出射的光垂直穿过玻璃片传播到O点，玻璃对该波长的光的折射率为1.5，空气中光速为c，不计光在玻璃片内的反射。下列说法正确的是A．O点处的条纹是亮条纹B．O点处的条纹是暗条纹C．O点处的条纹宽度不变D．O点处的条纹宽度变小√√由于n＝

，S1、S2到O点的路程差Δs＝

·c－10λ＝5λ，因此O点仍然为亮条纹，故A正确，B错误；根据Δx＝

λ，光通过玻璃片之后，波长又恢复原长，可知条纹间距不变，故C正确，D错误。10．(多选)(2023·安徽合肥期末)图甲是用光的干涉法检测物体表面平整程度的装置，其中M为标准板，N为水平放置的待检测物体，入射光竖直向下照射，图乙为观察到的干涉条纹，下列说法正确的是A．入射光的波长越长，干涉条纹的条数越少B．M、N之间垫块的高度越高，干涉条纹的条数越少C．P点所对应待检测物的表面相对Q点所对应待检测物的表面是凸起的D．P点所对应待检测物的表面相对Q点所对应待检测物的表面是凹下的√√根据光的干涉特点可知，入射光的波长越长，相邻干涉条纹的距离越大，即观察到的条数越少，故A正确；发生薄膜干涉时，相邻明条纹间的空气层的厚度差为

，MN之间垫块的高度越高，空气层的夹角越大，所以相邻明条纹之间的距离变小，干涉条纹的条数越多，故B错误；薄膜干涉是等厚干涉，即明条纹处空气膜的厚度相等，明条纹右偏说明P点所对应待检测物的表面相对Q点所对应待检测物的表面是凸起的，故C正确，D错误。故选AC。11．(多选)如图1所示，等腰△ABC为一棱镜的横截面，AB＝AC；一平行于BC边的细光束从AB边射入棱镜，在BC边经过一次反射后从AC边射出，出射光分成了不同颜色的甲、乙两束光。图2是这两束光分别通过相同的双缝和单缝装置后形成的图样，下列说法正确的是A．甲光的波长比乙光的长B．甲光在棱镜中的传播速度比乙光的小C．图2中a是乙光的干涉图样D．图2中c是甲光的衍射图样√√由折射定律可得，乙光的折射角小，折射率大，所以乙光的频率大，波长短，故A正确；由折射率n＝

得，甲光在棱镜中的传播速度比乙光的大，故B错误；干涉条纹间距与波长成正比，乙光的波长小，a比b干涉条纹间距小，故a是甲光的干涉图样，故C错误；衍射图样中央亮条纹宽度与波长成正比，故题图2中